Research & Innovation

Lernen vom Schwarm

In der Natur ist die Intelligenz der Masse weit verbreitet. Das Wissen von Zugvögeln oder Insektenkolonien wollen sich auch Computerforscher zu Nutze machen.

11.02.2016

39 Stunden verbringen deutsche Autofahrer jedes Jahr durchschnittlich im Stau, in Großstädten sogar deutlich mehr. Großen Anteil daran haben Ampeln, die mehr oder weniger stupide Programme abspulen, weitgehend unabhängig vom Verkehrsfluss und der Sinnhaftigkeit. Wäre es da nicht sinnvoller, intelligente Systeme zu entwickeln, die sich flexibel anpassen oder vielleicht sogar lernfähig sind?

Prof. Dr. Christian Müller-Schloer forscht an der Leibniz-Universität Hannover (Halle 6, Stand A27) genau zu diesem Thema: Organic Computing. "Wir versuchen, Mechanismen komplexer Systeme, wie wir sie in der Natur beobachten, in die Technik zu übertragen", sagt Müller-Schloer. Als Vorbild dient etwa die selbstorganisierte Wegeführung von Ameisen. "Wenn Ameisen zufällig eine Futterquelle entdecken und schon nach kurzer Zeit den kürzesten Weg zu ihrem Bau finden, muss man sich fragen, wie schaffen die das, trotz der Beschränkungen in ihrer sensorischen Wahrnehmung?", so Müller-Schloer .

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Systeme passen sich selbständig an

Organic Computing (OC) versucht dieser Frage auf den Grund zu gehen, indem es natürliche Systeme nachahmt, die sich selbst organisieren, optimieren und heilen. Diese sogenannten "self-x-Eigenschaften" überträgt die Forschung aus den natürlichen in die technischen Systeme.

Ampeln könnten so beispielsweise intelligent auf den Verkehr reagieren. In Darmstadt ist eine solche Lösung bereits in Planung, Mitte des Jahres soll der Einsatz anlaufen . "Organic Computing muss nicht heißen, dass man biologische Prinzipien übernimmt", sagt Professor Dr. Hartmut Schmeck vom Karlsruher Institut für Technologie (Halle 6, Stand A30). Vielmehr gehe es um anpassungsfähiges Verhalten. Intelligente Verkehrssteuerung ist dabei nur ein Beispiel für die Anwendung von OC.

Lernen durch Schmerz

Allerdings: Intelligente Systeme zeichnen sich dadurch aus, selbst Entscheidungen zu treffen – die dann nicht immer im Sinne des Erfinders sind. Organic Computing muss darauf Rücksicht nehmen. Der Mensch hat praktisch immer das letzte Wort und kann regulierend eingreifen. Sonst wäre es beispielsweise möglich, dass ein vernetztes Ampelsystem auch mal alle Ampeln gleichzeitig auf grün schaltet, nur um herauszufinden, welche Konsequenzen das hat.

Für Hartmut Schmeck führt an Organic Computing kein Weg vorbei : "In fünf bis zehn Jahren werden wir von einer Vielzahl intelligenter Systeme umgeben sein, im Pkw, im Haus, am Arbeitsplatz" Zwangsläufig würden sich diese Systeme austauschen, ob mit oder ohne Wissen der Nutzer. "Die Frage ist also nicht, ob selbst organisierende Systeme entstehen, sondern wie wir sie gestalten."

Intelligente Systeme gehen eigene Wege

Im positiven Fall könnte sich ein Smartphone im Konzertsaal selbst ausschalten, im Auto mit dem Navigationssystem Adressen austauschen und rechtzeitig vor dem Nachhausekommen die Heizung anschalten. Im negativen Fall gehen die Systeme ihren eigenen Weg, und der, so befürchtet Schmeck, könnte nicht in unserem Sinne sein.

Aber Organic Computing geht über Verkehrssteuerung hinaus. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) tüfteln Informatiker, Elektrotechniker und ein Neurophysiologe gemeinsam an einem selbstbestimmten Fertigungsroboter. Statt nur sein Arbeitsprogramm abzuspulen, soll die Maschine die Situation analysieren und dann entscheiden, was zu tun ist. Autonome Roboter könnten mit Hilfe spontaner Vernetzung Föderationen bilden, um anstehende Aufgaben zu erledigen. Fallen Teilsysteme aus oder sind überlastet, erkennen das die Schwarmroboter und verteilen die Aufgaben neu.

Steht der Durchbruch kurz bevor?

Künftige Roboter sollen bei geringeren Kosten autonom werden. Sie müssen dazu selbst-konfigurierend, selbst-heilend und selbst-optimierend arbeiten. Die Forscher der Leibniz-Uni Hannover gehen von einem Durchbruch in diesem Gebiet in wenigen Jahren aus. Eine Schlüsseltechnologie hierfür sind Verfahren der biologisch inspirierten Informationsverarbeitung – insbesondere des Organischen Computers.

Der humanoide Roboter ARMAR des KIT kann bereits jetzt Sprachkommandos verstehen und selbstständig umsetzen, etwa die Milch aus dem Kühlschrank holen. Dank Kameras und Sensoren findet er sich selber im Zimmer zurecht, erkennt Gegenstände und greift sie mit der notwendigen Feinfühligkeit. Aber auch auf Gesten reagiert er und lernt beim Zuschauen. Wie man eine Spülmaschine ausräumt oder die Theke wischt, guckt er sich einfach beim menschlichen Kollegen ab. Auf diese Art fügt er sich natürlich in die Umgebung des Menschen ein. Es ist also nur eine Frage der Zeit, wann sich Computersysteme selbst organisieren und gemeinsam einen Plan für die Optimierung ihres Einsatzzwecks entwickeln. Dann hoffentlich zum Wohl des Menschen.

Tiefere Einblicke in die Welt des Organic Computing geben die CeBIT Global Conferences, beispielsweise bei der Keynote von Prof. Dr. Ing. Sami Haddadin , Leiter des Instituts für Regelungstechnik an der Leibniz Universität Hannover. Sein Vortrag trägt den Titel "Roboter können zwar nicht selbstständig denken, aber fühlen." (Halle 8, Open Stage, 16. März, 11:45 Uhr)

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